Технологии прошлого
Одна из древнейших технологий производства в истории человечества — изготовление древесного угля, это подтверждают находки археологов. Это топливо, которое не дает угарного газа.
Традиционным использованием древесного угля были кузницы, для высокопрочного и пластичного чугуна тоже нужно исключительно древесный уголь. С этого угля изготавливают сорбенты. Это топливо является экологичным, так как не содержит серы, фосфора, тяжелых металлов.
Исторические факты о древнем угле
С древних времен в обществе существует специальная технология производства древесного угля. Именно с него началось развитие цивилизации. Применение в производстве древесного угля приобретает свою популярность, поэтому целью человечества является сделать этот продукт экологически чистым и эффективным.
В наше время производится огромное количество древесного угля, и в год объем его производства составляет около 9 млн. тонн.
Производят вещество по спецтехнологии, которая довольно проста, но, в тоже время, уникальна. Внедряются новые теории и оборудование, люди совершенствуют свой опыт и знания. Это помогает им в производстве угля лучшего качества.
В древности этот продукт добывали, используя древесину путем повышения температуры. Он собирался на «пожарищах», или люди специально посыпали угли золой.
В России его тоже производили с давних времен. Было большое количество кузниц, работающих на древесном угле. Возникновение металлургии на Урале связано с именем Демидовых. На их чугунно-литейном производстве вещество добывали двумя способами: кучным и ямным.
Углежог – профессия очень известная в России. Представителя данной профессии занимаются получением хорошего, пластичного, доброкачественного чугуна, который необходим для создания оград, различных памятников, использовали древесный уголь.
Чугун впервые стали производить на Урале. Там изготовляли всевозможные решетки и множество других видов чугунного литья. Со временем выстроили заводы по производству угля. Этот продукт получали на заводах, причем относительно экологичным способом. Одновременно стали внедряться самые простые кирпичные печи, которые топились древесным углем.
Технология производства древесного угля позволяет изготавливать несколько его видов: «белый» и «красный». «Белый» вид широко используется в Японии. Его изготавливают из дальневосточного железного дуба. За рубежом используют «красный» уголь, его получают путем углежжения при маленькой температуре.
Технологический особенности производства древесного угля
Для получения древесного вещества используют твердолиственную древесину, так как при этом он образуется плотный и прочный. Это, например, такие виды деревьев, как: осина, кустарники, хвойные деревья.
Существует еще одна технология производства древесного угля – пиролиз. Заключается пиролиз в том, что древесину прожигают так, чтобы туда не попал кислород, в результате образуется уголь, полезный для дальнейшего использования.
Существует множество способов производства угля этим способом, самый простой и примитивный – это ведро с крышкой. Древесину измельчают, складывают в ведро, накрывают крышкой и поджигают. В результате нагрева древесины, образуются смолы. Эти смолы необходимо отвести, чтобы их не было в полученном угле.
В магазины поставляется уже готовая продукция, но на производство поставка осуществляется оптом и в виде сырья, которое там перерабатывают и упаковывают.
Применение древесного угля
Древесный уголь в полной мере оценили лишь в древние времена. Состоит он на 100% из углерода, поэтому применяется на различных производствах: в промышленности, при производстве активированного угля, в сельском хозяйстве.
Применение древесного угля довольно распространено в бытовых условиях. В зарубежных странах пищу готовят на мангалах, с использованием древесного угля. Россия, в ближайшем будущем, так же перейдет на широкое использование аналогичного топлива, потому как рынки бытового древесного угля активно растут.
Уникальные свойства
Древесный уголь применяется для очистки, разделения, извлечения различных веществ, в качестве антисептика, очистителя, поглотителя воды. Например, в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, чёрных и цветных металлов, активированного угля, как бытовое топливо, в садоводстве, в комнатном цветоводстве и для производства органического удобрения терра прета. Зарегистрирован в качестве пищевого красителя под кодом E153. Этот материал обладает уникальными свойствами, которые вам предстоит изучить и обнаружить в своей работе.
О пиролизе древесины, научным языком
Для того, чтобы из древесины получился уголь, ей нужно пройти процесс пиролиза, разложения без доступа воздуха.
Древесина разлагается в газовой бескислородной атмосфере, в реторте, под воздействием нагрева. Реторта — это замкнутый сосуд, нагревание производят через ее стенки. Парогазы, которые образуются в процессе пиролиза, выводятся через патрубок в реторте. Далее в устройстве для конденсации газ отделяется от жидкости.
Технический процесс начинается с того, что древесину кладут в реторту, закрывают загрузочное отверстие и нагревают аппарат до 400-500°С. Пирометр, расположенный в рекреационном отверстии, помогает регулировать температуру.
Процесс пиролиза состоит из трех основных стадий, которые различаются между собой по контрольным замерам и внешним признакам.
Первый этап — это сушка древесины. При температуре до 150°С из сырья выделяется влага.
Второй этап — собственно пиролиз, сухая перегонка. При температуре 150-350°С выделяется газ, и в дистилляте образовываются органические продукты. На этом этапе протекает важный для всего процесса период, называемый экзотермическим. Он заключается в том, что пиролиз проходит энергично, выделяется реакционное тепло, это происходит при температуре около 280°С.
Третий этап, прокалка. Если на предыдущем этапе образовался уголь, то на этом происходит отделение от него смол в небольшом количестве и множества неконденсируемых газов. Температура на этом этапе начинается с 350°С и доходит до 550°С.
Процесс распада древесины очень сложный, так как она состоит из целого комплекса органических соединений. Они имеют различный молекулярный вес, поэтому протекающие между ними химические реакции тоже различны. Рассчитать или детально описать все эти реакции будет трудно. Однако, в общих чертах это возможно. Первым, при температуре 150°С, начинается распад ксилана, процесс продолжается при 250°С и более.
В результате образуются такие вещества, как уксусная кислота, фурфулол и газы. При температуре 200°С начинается распад лигнина, что приводит к высвобождению летучих низкомолекулярных соединений. А при 300°С разлагается целлюлоза.
В процессе пиролиза протекают химические реакции, последовательные и параллельные, которые сопровождаются появлением новых и разрывом старых связей, которые существовали до термической обработки. Получившиеся в результате новые вещества начинают взаимные реакции. Годы лабораторных исследований и полученный на производстве опыт дали возможность установить связь между протекающими процессами, между химическими составляющими древесины и продуктами, получающимися в результате ее распада. А также установить факторы, которые влияют на эти процессы. Главные показатели, которые определяют ход процесса пиролиза, — это сырье и технические условия его обработки.